JP2008035092A - 弾性表面波素子及び弾性表面波装置並びに通信装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 通過帯域幅を広く保ちつつ挿入損失の劣化を低減し、かつ通過帯域の微小リップルの発生を抑制できる弾性表面波素子、弾性表面波装置及び通信装置を提供すること。
【解決手段】 弾性表面波素子は、圧電基板1上の5個又は6個のIDT電極2〜6のうち隣り合う2つのIDT電極3,5がそれぞれ、相手側の端部から一部分で電極指ピッチが残りの部分の電極指ピッチと異なる第1の部分と、その残りの部分で電極指ピッチが一定な第2の部分とで構成され、第1の部分の電極指ピッチの平均値が第2の部分の電極指ピッチより短く、第1の部分の電極指ピッチが隣り合う2つのIDT電極の境界に向かって短くなっており、5個又は6個のIDT電極2〜6のうち端から2個目のIDT電極3,5の両隣りのIDT電極2,4,6の第1の部分の電極指ピッチが、2個目のIDT電極3,5の中心を通って伝搬方向に直交する方向に設けた仮想軸に対して対称である。
【選択図】 図1

Description

本発明は、例えば携帯電話等の移動体通信機器に用いられる弾性表面波フィルタ等として機能する弾性表面波素子、及びそれを用いた弾性表面波装置、並びにその弾性表面波装置を備えた通信装置に関するものである。
近年、小形化、無調整化を図ることができる弾性表面波フィルタが各種通信装置に使用されるようになり、通信装置の高周波化、高機能化の進展にともない、弾性表面波フィルタを広帯域化する要求が益々増大してきている。例えば、1.9GHz帯の携帯電話用フィルタとしては、実効通過帯域幅が80MHz以上(比帯域幅約4%以上)もある高性能な広帯域フィルタが望まれている。
このような広帯域化を実現するために、例えば、圧電基板上に3つのIDT電極(Inter Digital Transducer)を設け、縦1次モードと縦3次モードを利用した2重モード弾性表面波共振器フィルタが提案されている。
図7(b)に従来の共振器型弾性表面波フィルタの電極構造についての平面図を示す。また、図7(a)は(b)の共振器型弾性表面波フィルタの各電極の位置(横軸)と電極指のピッチ(縦軸)との関係を示すグラフである。圧電基板202上に配設された複数の電極指を有するIDT電極204は、互いに対向させるとともに噛み合わせた状態の一対の櫛歯状電極からなり、この一対の櫛歯状電極に電界を印加し弾性表面波を生じさせるものである。IDT電極204の一方の櫛歯状電極に接続された入力端子(不平衡入力端子)215から電気信号を入力することにより、励振された弾性表面波がIDT電極204の両側に配置されたIDT電極203,205に伝搬する。また、IDT電極203,205のそれぞれを構成する一方の櫛歯状電極からIDT電極206,209を通じて出力端子(平衡出力端子)216,217へ電気信号が出力される。
なお、図7中の210,211,212,213はそれぞれ反射器電極である。このように、共振器電極パターンを2段縦続接続させることにより、1段目と2段目の定在波の相互干渉により、帯域外減衰量を高減衰化し、フィルタ特性の帯域外減衰量を向上させることができる。即ち、同様の特性をもつ弾性表面波フィルタを2段縦続接続の構成とすることにより、1段目で減衰された信号が2段目でさらに減衰され、帯域外減衰量を約2倍に向上させることができる。
ここで、IDT電極204に接続された入力端子215に電気信号を入力することにより、弾性表面波を励振させ、この弾性表面波がIDT電極204の両側に位置するIDT電極203,205に伝搬され、IDT電極207,208に接続された出力端子(平衡出力端子)216,217から電気信号が出力される。また、IDT電極203〜205の両端及びIDT電極206〜209の両端に位置する反射器電極210,211及び212,213により弾性表面波が反射され、反射器電極210,211間及び反射器電極212,213間で定在波となる。
この定在波のモードには、3つのIDT電極(例えばIDT電極203,204,205)により1次モードとその高次(3次)モードが含まれる。これらのモードで発生する共振により通過特性が得られるため、これらのモードで発生する共振周波数の間隔を制御することにより通過帯域を広くすることができる。従来、共振周波数の間隔を制御するために、IDT電極の端部に狭ピッチ部を設けることにより、弾性表面波がバルク波に変換されるときのバルク波の放射損失を低減させて広帯域化を図っていた。また、他の方法として、IDT電極間の間隔dの制御により、共振周波数の間隔を制御していた。また、さらに他の手段として、出力用のIDT電極に容量を付加させて共振周波数の間隔を制御していた。
以上により、従来の2重モード弾性表面波共振器フィルタでは、圧電基板としてよく使用されるLiTaO基板を用いて2段縦続した場合、比帯域幅(中心周波数に対する通過帯域幅の値)は約0.4%(例えば、特許文献1を参照)、また、容量の付加を行った場合でも高々2%程度しか得られないものであった(例えば、特許文献2を参照)。また、IDT電極間の間隔dを制御した場合、最大の比帯域幅3.7%が得られているが(例えば、特許文献3を参照)、フィルタとしては温度変動を考慮しなければならず、また製造された電極形状のばらつきにより周波数が変動することから、広い通過帯域幅が必要な携帯電話等の通信装置への適用には無理があった。
そこで、隣り合うIDT電極の端部に電極指の狭ピッチ部を設けることにより、IDT電極間におけるバルク波の放射損を低減して、共振モードの状態を制御することにより広帯域化及び挿入損失の改善が図られていた(例えば、特許文献4,5を参照)。
また、広帯域、低損失で高域側の通過帯域外減衰量の大きな弾性表面波フィルタを提供するために、IDT電極間に反射器電極を挿入する構成も提案されている(例えば、特許文献6を参照)。
また、図8は、従来の弾性表面波装置の実施の形態を示す断面図である。図8に示すように、充分な帯域幅を確保するために、5つのIDT電極を用いて、隣り合うIDT電極の電極指の中心間距離をそれぞれ等しくして配置し、弾性表面波装置の通過帯域を広帯域化する構成も提案されている(例えば、非特許文献1を参照)。なお、図8において、1は圧電基板、2〜6はIDT電極、7,8は反射器電極、9は入力端子、10,11は出力端子である。
特開平1−231417号公報 特開平4−40705号公報 特開平7−58581号公報 特開2002−9587号公報 特表2002−528987号公報 特開平8−250969号公報 M Koshino,"A Wide-band Balanced SAW Filter with Longitudinal Multi-mode Resonator", in: IEEE Ultrasonics Symposium 2000
しかし、特許文献4,5に開示されている弾性表面波装置では、IDT電極の端部に狭ピッチ部を設けると、弾性表面波が結合した状態で電極指ピッチが異なる部分が存在するため、通過帯域におけるフィルタ特性のリップルが大きくなり、肩特性が劣化して通過帯域の平坦な特性が得られない。また、IDT電極の端部に狭ピッチ部を設けるだけでは、弾性表面波の励振に利用できる基本的な共振モードの数が縦1次モードと縦3次モードに限定され、他の共振モードが利用できないので、設計の自由度が小さくなっていた。そのため、通過帯域におけるフィルタ特性の平坦性を向上させ、広帯域化しつつ、挿入損失を向上させるには不充分であった。
また、特許文献6に開示されているような弾性表面波装置では、IDT電極間に反射器電極を挿入しただけでは伝搬路長が長くなるため、伝搬損失が大きくなり、フィルタ特性においては挿入損失が増大し、通過帯域幅が減少して好ましくない。
また、図8に示すように、従来の弾性表面波装置の実施の形態で、充分な通過帯域幅を確保するために、5つのIDT電極2〜6を用いて、隣り合うIDT電極(IDT電極2,3、IDT電極3,4、IDT電極4,5、IDT電極5,6)の各電極指中心間距離を等しくしたのみ(図8のL1,L2,L3,L4が等しい。)で、隣り合うIDT電極の電極指ピッチの対称性が無い場合は、弾性表面波の反対称モードが励起されて、弾性表面波の振幅が打ち消しあい、弾性表面波装置の通過帯域内の高域側に発生する微小リップルを抑制することができないという問題があった。
このように、従来、挿入損失を向上させ、広帯域化するため用いられてきた手段としては、隣接するIDT間の距離を短くするか、IDT電極の端部に狭ピッチ部を設けていたが、単に電極指ピッチが短い部分をIDT電極の端部に設けただけでは、通過帯域における発生する共振モードを最適に配置調整することができないため、通過帯域におけるフィルタ特性の通過帯域幅を広帯域に保ったまま、さらに挿入損失及び平坦性を向上させることが充分にできていなかった。
一般に共振器型の弾性表面波フィルタは、弾性表面波の振幅の分布が共振モードの現れる周波数を決めており、弾性表面波の振幅分布は、IDT電極の配置及びIDT電極の電極指ピッチを適切に選択することにより制御が可能となる。特に、IDT電極の電極指ピッチを適切に選択した場合、特定の弾性表面波の振幅分布の出現を抑制したり、増加させたりすることができるので、通過帯域における共振ピークを最適な位置に配置調整することができる。
従って、本発明は上記従来の技術における問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、挿入損失の劣化(挿入損失の増大)を生じず、通過帯域幅の広い優れたフィルタ特性を有し、高品質な平衡型弾性表面波フィルタとしても機能する弾性表面波素子、弾性表面波装置及びそれを用いた通信装置を提供することにある。
本発明の弾性表面波素子は、1)圧電基板上に、該圧電基板上を伝搬する弾性表面波の伝搬方向に沿って、該伝搬方向に対して直交する方向に長い電極指を多数本有する5個または6個のIDT電極が配設されているとともに、前記5個または6個のIDT電極のうち隣り合う2つのIDT電極がそれぞれ、相手側の端部から一部分であって電極指ピッチが残りの部分の電極指ピッチと異なる第1の部分と前記残りの部分であって電極指ピッチが一定な第2の部分とで構成され、前記第1の部分の電極指ピッチの平均値が前記第2の部分の電極指ピッチより短く形成されているとともに前記第1の部分の電極指ピッチが前記隣り合う2つのIDT電極の境界に向かって短くなっており、隣り合う2つのIDT電極の一方の端と他方の端との間の電極指中心間距離が等しく、前記5個または6個のIDT電極のうち端から2個目のIDT電極の両隣りのIDT電極の前記第1の部分の電極指ピッチが、前記2個目のIDT電極の中心を通って前記伝搬方向に直交する方向に設けた仮想軸に対して対称になるように形成されていることを特徴とするものである。
また、本発明の弾性表面波装置は、2)上記1)の弾性表面波素子からなる第1及び第2の弾性表面波素子が、IDT電極及び反射器電極を有するとともに不平衡入力端子または不平衡出力端子が接続された弾性表面波共振子を介して並列接続されており、前記第1及び第2の弾性表面波素子のそれぞれが平衡出力部または平衡入力部とされ、前記第1及び第2の弾性表面波素子のそれぞれの中央の1個または2個の前記IDT電極に平衡出力端子または平衡入力端子が接続されていることを特徴とするものである。
また、本発明の弾性表面波装置は、3)上記1)の弾性表面波素子のIDT電極に対して直列または並列に、IDT電極とそれを挟む反射器電極とを有するとともに1つ以上のモード共振を発生させる弾性表面波共振子が接続されていることを特徴とするものである。
また、本発明の弾性表面波装置は、4)上記1)の弾性表面波素子が2段縦続接続されていることを特徴とするものである。
本発明の通信装置は、5)上記1)の弾性表面波素子を有する、受信回路及び送信回路の少なくとも一方を備えたことを特徴とするものである。
また、本発明の通信装置は、6)上記2)乃至4)のいずれかの弾性表面波装置を有する、受信回路及び送信回路の少なくとも一方を備えたことを特徴とするものである。
本発明の1)の弾性表面波素子によれば、圧電基板上に、圧電基板上を伝搬する弾性表面波の伝搬方向に沿って、伝搬方向に対して直交する方向に長い電極指を多数本有する5個または6個のIDT電極が配設されているとともに、5個または6個のIDT電極のうち隣り合う2つのIDT電極がそれぞれ、相手側の端部から一部分であって電極指ピッチが残りの部分の電極指ピッチと異なる第1の部分と残りの部分であって電極指ピッチが一定な第2の部分とで構成され、第1の部分の電極指ピッチの平均値が第2の部分の電極指ピッチより短く形成されているとともに第1の部分の電極指ピッチが隣り合う2つのIDT電極の境界に向かって短くなっており、隣り合う2つのIDT電極の一方の端と他方の端との間の電極指中心間距離が等しく、5個または6個のIDT電極のうち端から2個目のIDT電極の両隣りのIDT電極の第1の部分の電極指ピッチが、2個目のIDT電極の中心を通って伝搬方向に直交する方向に設けた仮想軸に対して対称になるように形成されていることにより、従来の弾性表面波の励振モードが非対称であった場合、反対称モードの振幅を有する弾性表面波が励起され、振幅を打ち消し合うため、弾性表面波装置の挿入損失の周波数特性の通過帯域における高域側に微小リップルが発生するが、本発明の構成の場合、励振された弾性表面波の高次モードの分布が対称となり、弾性表面波の励振フィールドが対称になり、弾性表面波の振幅を打ち消しあうことがなく、励振効率が劣化することがなく、弾性表面波の励振モードが対称モードのみとすることができ、その結果弾性表面波装置の挿入損失の周波数特性の通過帯域における高域側に微小リップルが発生することを抑制することができる。そのため、弾性表面波フィルタとしてのフィルタ特性において厳しく要求されている通過帯域内の挿入損失を改善することができる。
また、隣り合うIDT電極部に電極指ピッチが短い部分を有することにより、共振モードを適切に配置して、ある程度以上の間隔をあけて共振周波数を配置することが可能(広帯域特性に適した共振周波数の配置が容易)となり、結果として広帯域化するのに有利となる。
また、特定の弾性表面波の振幅分布の出現を抑制したり、増加させたりすることができるので、通過帯域における共振ピークを最適な位置に配置制御することができ、さらに、弾性表面波がバルク波にモード変換することを抑制することができ、5つまたは6つのIDT電極を配置することにより、結果として広帯域化しつつ平坦性及び挿入損失を向上させるといったフィルタ特性の制御を行うことができる。
また、本発明の2)の弾性表面波装置は、上記1)の構成の弾性表面波素子からなる第1及び第2の弾性表面波素子が、IDT電極及び反射器電極を有するとともに不平衡入力端子または不平衡出力端子が接続された弾性表面波共振子を介して並列接続されており、第1及び第2の弾性表面波素子のそれぞれが平衡出力部または平衡入力部とされ、第1及び第2の弾性表面波素子のそれぞれの中央の1個または2個のIDT電極に平衡出力端子または平衡入力端子が接続されていることにより、弾性表面波共振子を介して並列接続されているので、弾性表面波素子のIDT電極の交差幅を半分にして、電極の配線抵抗を低減することができ、弾性表面波装置の挿入損失の向上させることができる。
また、第1及び第2の弾性表面波素子が不平衡入力端子または不平衡出力端子が接続された弾性表面波共振子を介して並列接続された構造により、初段の接続先が縦結合弾性表面波素子の場合は、インピーダンスが50Ωで入力または出力された場合に50Ωで2つの後段の弾性表面波素子に接続されることが難しく、要求されるインピーダンス整合を取ることが困難になるが、本発明のように初段が弾性表面波共振子の場合は、インピーダンス整合を容易に取ることができる。
また、本発明の3)の弾性表面波装置は、上記1)の弾性表面波素子のIDT電極に対して直列または並列に、IDT電極とそれを挟む反射器電極とから成るとともに1つ以上のモード共振を発生させる弾性表面波共振子が接続されていることにより、インピーダンス整合がとれるようになり、弾性表面波共振子を接続することで減衰極を形成することが可能であり、帯域外減衰量が高減衰で要求される仕様を満たすように特性を制御できる。
また、本発明の4)の弾性表面波装置は、上記1)の弾性表面波素子が2段縦続接続されていることより、例えば1段目から2段目につながる経路を増やすことができ、発生する弾性表面波の共振モードを重ね合わせて通過帯域の設計の自由度が増し、帯域外減衰量を高減衰にすることができ、より効果的に広い通過帯域幅を保ったまま平坦性及び挿入損失を向上させることができる。
また、例えば、弾性表面波素子部におけるIDT電極の一部の共通電極を分割してそれぞれを出力の平衡信号へと接続される電極とすることにより、不平衡−平衡信号の変換器の機能を有した弾性表面波装置を提供できる。
そして、本発明の通信装置によれば、以上のような本発明の弾性表面波素子または弾性表面波装置を通信装置に用いることにより、従来より要求されていた厳しい挿入損失を満たすことができるものが得られ、感度が格段に良好な通信装置を実現することができる。
本発明の弾性表面波装置の実施の形態について図面を参照にしつつ以下に詳細に説明する。また、本発明の弾性表面波装置について、簡単な構造の共振器型の弾性表面波フィルタを例にとり説明する。なお、以下に説明する図面において同一構成の部分には同一符号を付している。また、各電極の大きさや電極間の距離等、電極指の本数や間隔等については、説明のために模式的に図示している。
図1(b)に本発明の弾性表面波素子について実施の形態の1例の平面図を示す。また、一例として、図1(a)に、図1(b)で示した本発明の弾性表面波素子のIDT電極の電極指ピッチの変化の線図を示す。
図1(b)に示すように、本発明の弾性表面波装置は、圧電基板1上に、圧電基板1上を伝搬する弾性表面波の伝搬方向に沿って、伝搬方向に対して直交する方向に長い電極指を多数本有する5個のIDT電極2,3,4,5,6が配設されているとともに、5個のIDT電極2〜6のうち隣り合う2つのIDT電極(IDT電極2,3、IDT電極3,4、IDT電極4,5、IDT電極5,6)がそれぞれ、相手側の端部から一部分であって電極指ピッチが残りの部分の電極指ピッチと異なる第1の部分と残りの部分であって電極指ピッチが一定な第2の部分とで構成され、第1の部分の電極指ピッチの平均値が第2の部分の電極指ピッチより短く形成されているとともに第1の部分の電極指ピッチが隣り合う2つのIDT電極の境界に向かって短くなっており、隣り合う2つのIDT電極の一方の端と他方の端との間の電極指中心間距離が等しく、5個のIDT電極のうち端から2個目のIDT電極3,5の両隣りのIDT電極の第1の部分の電極指ピッチが、2個目のIDT電極3,5の中心を通って伝搬方向に直交する方向に設けた仮想軸に対して対称になるように形成されている。なお、7,8は反射器電極であり、9は不平衡入力端子または不平衡出力端子であり、10,11は平衡出力端子または平衡入力端子である。
なお、図1(a)において、L1,L2,L3,L4は、隣り合う2つのIDT電極(IDT電極2とIDT電極3、IDT電極3とIDT電極4、IDT電極4とIDT電極5、IDT電極5とIDT電極6)の一方の端と他方の端との間の電極指中心間距離を示し、それらは等しく形成されている。L1〜L4の値は0.91〜0.92μm程度である。
また、図1(a)において、IDT2〜6はIDT電極2〜6を示し、2a〜6aはIDT電極2〜6のそれぞれの第1の部分、2b〜6bはIDT電極2〜6のそれぞれの第2の部分を示す。
また、5個のIDT電極2〜6のうち端から2個目のIDT電極3,5の両隣りのIDT電極2,4及び4,6の第1の部分2a,4a,6aの電極指ピッチが、2個目のIDT電極3,5の中心を通って伝搬方向に直交する方向に設けた仮想軸に対して対称になるように形成されているが、R1,R2は、その対称に形成された領域を示すものである。R1は、IDT電極3の仮想軸に対して対称な領域、R2は、IDT電極5の仮想軸に対して対称な領域を示す。
なお、図1(a)において、電極指ピッチのプロファイルを示す線上に記載された数値(左から70,29,4,8,2,23,2,8,4,40,4,8,2,23,2,8,4,29,70)は、そのプロファイルの部位における電極指の本数を示す。また、図1(b)はIDT電極2〜6、反射器電極7,8の概略を示すものであるため、図1(b)に描かれた電極指の本数は、図1(a)の数値に示される電極指の本数とは厳密に対応するものではない。
上記の構成により、従来の弾性表面波の励振モードが非対称であった場合、反対称モードの振幅を有する弾性表面波が励起され、振幅を打ち消し合うため、弾性表面波装置の挿入損失の周波数特性の通過帯域における高域側に微小リップルが発生するが、本発明の構成の場合、励振された弾性表面波の高次モードの分布が対称となり、弾性表面波の励振フィールドが対称になり、弾性表面波の振幅を打ち消しあうことがなく、その結果、励振効率が劣化することがなく、弾性表面波の励振モードが対称モードのみとすることができ、弾性表面波装置の挿入損失の周波数特性の通過帯域における高域側に微小リップルが発生することを抑制することができる。そのため、弾性表面波フィルタのフィルタ特性において厳しく要求されている、通過帯域内の挿入損失を改善することができる。
また、隣り合うIDT電極部に電極指ピッチが短い部分を有することにより、共振モードを適切に配置して、ある程度以上の間隔をあけて共振周波数を配置することが可能(広帯域特性に適した共振周波数の配置が容易)となり、結果として広帯域化するのに有利となる。また、特定の弾性表面波の振幅分布の出現を抑制したり、増加させたりすることができるので、通過帯域における共振ピークを最適な位置に配置制御することができ、さらに、弾性表面波がバルク波にモード変換することを抑制することができ、5つまたは6つのIDT電極を配置することにより、結果として広帯域化しつつ平坦性及び挿入損失を向上させるといったフィルタ特性の制御を行うことができる。
図2に本発明の弾性表面波装置について実施の形態の1例の平面図を示す。図2の弾性表面波装置は、上記図1の構成の弾性表面波素子からなる第1及び第2の弾性表面波素子23,24が、IDT電極2〜6,12〜16及び反射器電極7,8,17,18からなるとともに不平衡入力端子9または不平衡出力端子9が接続された弾性表面波共振子22を介して並列接続されており、第1及び第2の弾性表面波素子23,24のそれぞれが平衡出力部または平衡入力部とされ、第1及び第2の弾性表面波素子23,24のそれぞれの中央の1個または2個のIDT電極3,5,13,15に平衡出力端子10,11または平衡入力端子10,11が接続されている。
上記の構成により、第1及び第2の弾性表面波素子23,24が弾性表面波共振子22を介して並列接続されているので、第1及び第2の弾性表面波素子23,24のIDT電極2〜6,12〜16の交差幅を半分にして、IDT電極2〜6,12〜16の配線抵抗を低減することができ、弾性表面波装置の挿入損失特性を向上させる(挿入損失を小さくする)ことができる。
また、第1及び第2の弾性表面波素子23,24が、不平衡入力端子9または不平衡出力端子9が接続された弾性表面波共振子22を介して並列接続された構成により、初段の接続先が縦結合弾性表面波素子の場合は、インピーダンスが50Ωで入力または出力された場合には50Ωで2つの後段の弾性表面波素子に接続することが難しく、要求されるインピーダンス整合を取ることが困難になるが、本発明のように初段が弾性表面波共振子22の場合はインピーダンス整合を容易に取ることができる。
図3に本発明の弾性表面波装置について実施の形態の他例の平面図を示す。図3の弾性表面波装置は、上記図1の構成において、弾性表面波素子のIDT電極2〜6に対して直列または並列に、IDT電極19とそれを挟む反射器電極20,21とを有するとともに1つ以上のモード共振を発生させる弾性表面波共振子22が接続されている。これにより、インピーダンス整合がとれるようになり、弾性表面波共振子22を接続することで減衰極を形成することが可能であり、通過帯域外減衰量が高減衰で要求される仕様を満たすように特性を制御できる。
図4に本発明の弾性表面波装置について実施の形態の他例の平面図を示す。図4の弾性表面波装置は、上記図1の構成の弾性表面波素子25,26が2段縦続接続されている。これより、例えば1段目から2段目につながる経路を増やすことができ、発生する弾性表面波の共振モードを重ね合わせて通過帯域の設計の自由度が増し、通過帯域外減衰量を高減衰にすることができ、より効果的に広い通過帯域幅を保ったまま平坦性及び挿入損失を向上させることができる。
図9に本発明の弾性表面波装置について実施の形態の他例の平面図を示す。図9の弾性表面波装置は、6個のIDT電極32〜37と、それらの両端に形成された反射器電極38,39とを有する構成である。なお、中央のIDT電極34,35は接地側の共通電極(バスバー電極)が繋がっているが、分割された平衡出力端子41,42側のIDT電極34,35に対応させて分割されていてもよい。なお、40は不平衡入力端子である。
なお、IDT電極2〜6,12〜16,19、反射器電極7,8、17,18、弾性表面波共振子22の電極指の本数は、数本〜数100本にも及ぶので、簡単のため、図においてはそれら形状を簡略化して図示している。なお、9は不平衡入力端子であり、10,11は平衡出力端子である。
また、弾性表面波フィルタとしての弾性表面波装置用の圧電基板1としては、36°±3°YカットX伝搬タンタル酸リチウム単結晶、42°±3°YカットX伝搬タンタル酸リチウム単結晶、64°±3°YカットX伝搬ニオブ酸リチウム単結晶、41°±3°YカットX伝搬ニオブ酸リチウム単結晶、45°±3°XカットZ伝搬四ホウ酸リチウム単結晶は電気機械結合係数が大きく、かつ周波数温度係数が小さいため、圧電基板1として好ましい。また、これらの焦電性圧電単結晶のうち、酸素欠陥やFe等の固溶により焦電性を著しく減少させた圧電基板1であれば、弾性表面波装置の信頼性上良好である。圧電基板1の厚みは0.1〜0.5mm程度がよく、0.1mm未満では圧電基板1が脆くなり、0.5mm超では材料コストと部品寸法が大きくなり使用に適さない。
また、IDT電極2〜6,12〜16,19及び反射器電極7,8、17,18は、AlもしくはAl合金(Al−Cu系、Al−Ti系)からなり、蒸着法、スパッタリング法またはCVD法等の薄膜形成法により形成される。それらの電極の厚みは0.1〜0.5μm程度とすることが、弾性表面波フィルタとしての特性を得る上で好適である。
さらに、本発明に係る弾性表面波装置の電極及び圧電基板1上の弾性表面波伝搬部に、SiO,SiN,Si,Alを保護膜として形成して、導電性異物による通電防止や耐電力向上を図ることもできる。
また、本発明の弾性表面波装置を通信装置に適用することができる。即ち、少なくとも受信回路及び送信回路の一方を備え、これらの回路に含まれるバンドパスフィルタとして用いる。例えば、送信回路から出力された送信信号をミキサでキャリア周波数にのせて、不要信号をバンドパスフィルタで減衰させ、その後、パワーアンプで送信信号を増幅して、デュプレクサを通ってアンテナより送信することができる送信回路を備えた通信装置、または、受信信号をアンテナで受信し、デュプレクサを通った受信信号をローノイズアンプで増幅し、その後、バンドパスフィルタで不要信号を減衰して、ミキサでキャリア周波数から信号を分離し、この信号を取り出す受信回路へ伝送するような受信回路を備えた通信装置に適用可能である。従って、本発明の弾性表面波装置を採用すれば、感度が向上した優れた通信装置を提供できる。
以上により、優れた弾性表面波素子または弾性表面波装置を有する受信回路や送信回路を備え、感度が格段に良好な優れた通信装置を提供できる。
なお、上述した実施の形態の説明では、簡単のために圧電基板1上を伝搬する弾性表面波の伝搬方向に沿って、この伝搬方向に対して直交する方向に長い電極指を多数本有する5つのIDT電極を配設した例を示したが、これに限定されるものではなく、IDT電極を6つ配設するようにしてもよく、その他の構成においても、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更することは可能である。
本発明の実施例について以下に説明する。
図1(b)に示す弾性表面波装置を具体的に作製した実施例について説明する。38.7°YカットのX方向伝搬とするLiTaO単結晶の圧電基板1上に、Al(99質量%)−Cu(1質量%)合金からなる微細電極パターンを形成した。そして、各隣り合うIDT電極(IDT電極2,3、IDT電極3,4、IDT電極4,5、IDT電極5,6)間のIDT電極2〜6の電極指ピッチは、図1(a)に示すようなIDT電極2〜6の電極指ピッチのプロファイルを有する。図1(a)に示すように、5個のIDT電極2〜6のうち端から2個目のIDT電極3,5の両隣りのIDT電極2,4,6の第1の部分(電極指ピッチが小さくなっている部分)の電極指ピッチが、2個目のIDT電極3,5の中心を通って伝搬方向に直交する方向に設けた仮想軸に対して対称になるように形成されている。
L1〜L4は、それぞれ0.92μmであり、等しく形成されている。
また、各電極のパターン作製には、スパッタリング装置、縮小投影露光機(ステッパー)、及びRIE(Reactive Ion Etching)装置によりフォトリソグラフィを施すことにより行った。
まず、圧電基板1をアセトン,IPA(イソプロピルアルコール)等によって超音波洗浄し、有機成分を落とした。次に、クリーンオーブンによって充分に圧電基板1の乾燥を行った後、各電極となる金属層の成膜を行った。金属層の成膜にはスパッタリング装置を使用し、金属層の材料としてAl(99質量%)−Cu(1質量%)合金を用いた。このときの金属層の膜みは約0.18μmとした。
次に、金属層上にフォトレジストを約0.5μmの厚みにスピンコートし、縮小投影露光装置により、所望形状にパターニングを行い、現像装置にて不要部分のフォトレジストをアルカリ現像液で溶解させ、所望パターンを表出させた。その後、RIE装置により金属層のエッチングを行い、パターニングを終了し、弾性表面波装置を構成する各電極のパターンを得た。
この後、電極の所定領域上に保護膜を形成した。即ち、CVD(Chemical Vapor Deposition)装置により、各電極のパターン及び圧電基板1上にSiO膜を約0.01μmの厚みで形成した。
その後、フォトリソグラフィによりパターニングを行い、RIE装置等でフリップチップ用窓開け部のエッチングを行った。その後、スパッタリング装置を使用し、Alを主体とするパッド電極を成膜した。このときのパッド電極の膜厚は約1.0μmとした。その後、フォトレジスト及び不要箇所のAlをリフトオフ法により同時に除去し、弾性表面波装置を外部回路基板等にフリップチップするための導体バンプを形成するためのパッド電極を完成した。
次に、上記パッド電極上にAuからなるフリップチップ用の導体バンプをバンプボンディング装置を使用して形成した。導体バンプの直径は約80μm、その高さは約30μmであった。
次に、圧電基板1に分割線に沿ってダイシング加工を施し、各弾性表面波装置(チップ)ごとに分割した。その後、各チップをフリップチップ実装装置にて電極パッドの形成面を下面にしてパッケージ内に収容し接着した。その後、N雰囲気中でベーキングを行い、パッケージ化された弾性表面波装置を完成した。パッケージは、セラミック層を多層積層して成る2.5×2.0mm角の積層構造のものを用いた。
また、比較例の弾性表面波装置として、図5(b)に示すような5個のIDT電極2〜6のうち端から2個目のIDT電極3,5の両隣りのIDT電極2,4,6の第1の部分の電極指ピッチが、2個目のIDT電極3,5の中心を通って伝搬方向に直交する方向に設けた仮想軸に対して非対称になるように形成されている弾性表面波装置を上記と同様の工程で作製した。
なお、図5(a)において、L1,L2,L3,L4は、隣り合う2つのIDT電極(IDT電極2とIDT電極3、IDT電極3とIDT電極4、IDT電極4とIDT電極5、IDT電極5とIDT電極6)の一方の端と他方の端との間の電極指中心間距離を示し、それらは等しく形成されている。L1〜L4は、それぞれ0.92μmである。
また、図1(a)において、IDT2〜6はIDT電極2〜6を示し、2a〜6aはIDT電極2〜6のそれぞれの第1の部分、2b〜6bはIDT電極2〜6のそれぞれの第2の部分を示す。
また、5個のIDT電極2〜6のうち端から2個目のIDT電極3,5の両隣りのIDT電極2,4及び4,6の第1の部分2a,4a及び4a,6aの電極指ピッチが、2個目のIDT電極3,5の中心を通って伝搬方向に直交する方向に設けた仮想軸に対して非対称になるように形成されているが、R11,R21は、その非対称に形成された領域を示すものである。R11は、IDT電極3の仮想軸に対して非対称な領域、R21は、IDT電極5の仮想軸に対して非対称な領域を示す。
なお、図5(a)において、電極指ピッチのプロファイルを示す線上に記載された数値(左から70,29,4,8,2,23,2,6,2,4,40,4,2,6,2,23,2,8,4,29,70)は、そのプロファイルの部位における電極指の本数を示す。また、図1(b)はIDT電極2〜6、反射器電極7,8の概略を示すものであるため、図1(b)に描かれた電極指の本数は、図1(a)の数値に示される電極指の本数とは厳密に対応するものではない。
次に、本実施例及び比較例の弾性表面波装置について特性測定を行った。0dBmの信号を入力し、周波数1760MHz〜2160MHz、測定ポイントを800ポイントの条件にて測定した。サンプル数は30個、測定機器はマルチポートネットワークアナライザ(アジレントテクノロジー社製「E5071A」)を用いた。通過帯域近傍の周波数特性のグラフを図6に示す。図6は、フィルタの伝送特性を表す挿入損失の周波数依存性を示すグラフである。本実施例品のフィルタ特性は非常に良好であった。即ち、図6の実線に示すように、本実施例品の通過帯域における挿入損失の周波数依存性は、通過帯域内の高域側に微小リップルが発生しなかった。一方、図6の破線に示すように、比較例品の通過帯域内の高域側には、挿入損失が約3.5dBの微小リップルが発生した。この微小リップルが発生した周波数(約1995MHz)における実施例品の挿入損失は約1.5dBであり、比較例品は約2dBもの挿入損失の劣化が生じた。
このように本実施例では、通過帯域を広帯域に保ちながら、通過帯域の高域側に微小リップルが発生するのを抑制することができ、平坦性及び挿入損失を向上させた弾性表面波装置を実現することができた。
本発明の弾性表面波素子について実施の形態の1例を示し、(a)は隣り合うIDT電極における各電極の位置と電極指ピッチとの関係を示すグラフ、(b)は各電極のパターンを示す弾性表面波素子の平面図である。 本発明の弾性表面波装置について実施の形態の他例を示す平面図である。 本発明の弾性表面波装置について実施の形態の他例を示す平面図である。 本発明の弾性表面波装置について実施の形態の他例を示す平面図である。 比較例の弾性表面波装置を示し、(a)は隣り合うIDT電極における各電極の位置と電極指ピッチとの関係を示すグラフ、(b)は各電極のパターンを示す弾性表面波素子の平面図である。 本発明の実施例及び比較例の弾性表面波装置について通過帯域及びその近傍における挿入損失の周波数特性をそれぞれ示すグラフである。 (a)は従来の共振器型弾性表面波フィルタの各電極の位置と電極指のピッチとの関係を示すグラフ、(b)は従来の共振器型弾性表面波フィルタの電極構造について示す平面図である。 従来の弾性表面波装置の電極構造を示す平面図である。 本発明の弾性表面波装置について実施の形態の他例を示す平面図である。
符号の説明
1:圧電基板
2〜6,12〜16,19:IDT電極
7,8、17,18:反射器電極
22:弾性表面波共振子
23〜26:弾性表面波素子
9:入力端子
10,11:出力端子

Claims (6)

  1. 圧電基板上に、該圧電基板上を伝搬する弾性表面波の伝搬方向に沿って、該伝搬方向に対して直交する方向に長い電極指を多数本有する5個または6個のIDT電極が配設されているとともに、前記5個または6個のIDT電極のうち隣り合う2つのIDT電極がそれぞれ、相手側の端部から一部分であって電極指ピッチが残りの部分の電極指ピッチと異なる第1の部分と前記残りの部分であって電極指ピッチが一定な第2の部分とで構成され、前記第1の部分の電極指ピッチの平均値が前記第2の部分の電極指ピッチより短く形成されているとともに前記第1の部分の電極指ピッチが前記隣り合う2つのIDT電極の境界に向かって短くなっており、
    前記5個または6個のIDT電極のうち端から2個目のIDT電極の両隣りのIDT電極の前記第1の部分の電極指ピッチが、前記2個目のIDT電極の中心を通って前記伝搬方向に直交する方向に設けた仮想軸に対して対称になるように形成されていることを特徴する弾性表面波素子。
  2. 請求項1の弾性表面波素子からなる第1及び第2の弾性表面波素子が、IDT電極及び反射器電極を有するとともに不平衡入力端子または不平衡出力端子が接続された弾性表面波共振子を介して並列接続されており、前記第1及び第2の弾性表面波素子のそれぞれが平衡出力部または平衡入力部とされ、前記第1及び第2の弾性表面波素子のそれぞれの中央の1個または2個の前記IDT電極に平衡出力端子または平衡入力端子が接続されていることを特徴とする弾性表面波装置。
  3. 請求項1の弾性表面波素子の前記IDT電極に対して直列または並列に、IDT電極とそれを挟む反射器電極とを有するとともに1つ以上のモード共振を発生させる弾性表面波共振子が接続されていることを特徴とする弾性表面波装置。
  4. 請求項1の弾性表面波素子が2段縦続接続されていることを特徴とする弾性表面波装置。
  5. 請求項1記載の弾性表面波素子を有する、受信回路及び送信回路の少なくとも一方を備えたことを特徴とする通信装置。
  6. 請求項2乃至請求項4のいずれか記載の弾性表面波装置を有する、受信回路及び送信回路の少なくとも一方を備えたことを特徴とする通信装置。

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